Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Η Φυσική στην Α΄ Λυκείου .

Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ 8.

Έχουμε ήδη κάνει συζήτηση για την ΤΡΙΒΗ.

Έχουμε πει ότι σύμφωνα με τη Φυσική

η ΤΡΙΒΗ είναι ΔΥΝΑΜΗ. Είναι μία από τις δυνάμεις,

είναι συνεπώς μέγεθος ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟ.

Έχουμε επίσης αναφέρει ότι η ΤΡΙΒΗ

συνυπάρχει με μια άλλη δύναμη, την ΚΑΘΕΤΗ ΔΥΝΑΜΗ Ν,

η οποία περιγράφει το ότι «τα σώματα σπρώχνουν το ένα το άλλο».

Γιατί η ΤΡΙΒΗ

είναι

ΔΥΝΑΜΗ ;

Πρέπει να θυμηθούμε ότι

ΔΥΝΑΜΗ λέγεται η αιτία μεταβολής της ταχύτητας ενός σώματος.

Η τριβή θεωρείται ΔΥΝΑΜΗ διότι συμβάλλει

στο να αλλάξει η ταχύτητα του κινουμένου σώματος

Για την ακρίβεια συμβάλλει στην ΕΛΑΤΤΩΣΗ της ταχύτητας του σώματος.

Πόσα νιούτον είναι η ΤΡΙΒΗ ;

Υποθέτω ότι η τιμή της εξαρτάται

από το εμβαδόν της επιφάνειας επαφής,

ίσως και από την ταχύτητα με την οποία γλιστράει το σώμα

ΟΧΙ . . Οι μετρήσεις δείχνουν

ότι αυτό δεν συμβαίνει

Ίσως από το

«πόσο βαρύ» είναι

το κινούμενο σώμα ;

Αυτό έμεσα την επηρεάζει

Η πειραματική έρευνα δείχνει ότι η τιμή της ΤΡΙΒΗΣ εξαρτάται μόνο

από την τιμή της ΚΑΘΕΤΗΣ ΔΥΝΑΜΗΣ

και από τη φύση των τριβομένων επιφανειών.

Τα συμπεράσαμτα της πειραματικής έρευνας λέγονται συνήθως ΝΟΜΟΙ ΤΗΣ ΤΡΙΒΗΣ

Και περιγράφονται με τη σχέση

Τι είναι αυτό το μ ;

Είναι ο συντελεστής τριβής , δηλαδή ένας αριθμός

με τον οποίο η Φυσική περιγράφει το

«πώς» η φύση των τριβομένων επιφανειών

επηρεάζει τη διαμόρφωση της τριβής

Αν ένα ξύλινο κουτί κινείται πάνω σε τραπέζι

ο συντελεστής τριβής θα είναι γύρω στο 0,4

Αν ένα ατσάλινο αντικείμενο κινείται

σε επιφάνεια από ατσάλι θα είναι μ= 0,47

Αυτό το Ν ;

είναι το βάρος

του κινουμένου σώματος ;

εφόσον η κίνηση γίνεται σε οριζόντιο επίπεδο

και δεν ασκούνται άλλες δυνάμεις το μέτρο της Ν

είναι ίσο με το βάρος του σώματος

Όταν κρυώνουμε τρίβουμε τα χέρια μας

για να ζεσταθούμε .

«εμφανίζεται» κάποια τριβή ως δύναμη ;

Βέβαια. Εκτός από την ελάττωση της ταχύτητας,

ένα ακόμα ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ, αποτέλεσμα της τριβής ολίσθησης ,

είναι το ότι προκαλείται αύξηση της θερμοκρασίας των σωμάτων

Το φαινόμενο αυτό δεν περιγράφεται με την έννοια ΔΥΝΑΜΗ

αλλά με την έννοια ΕΝΕΡΓΕΙΑ .

Γιατί λέμε «αποτέλεσμα της τριβή ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ» ;

Έτσι που το ακούει κάποιος

θα νομίσει ότι υπάρχει και τριβή

που δεν ζεσταίνει τα σώματα ;

Ακριβώς. . Υπάρχει μια δύναμη

η οποία στη γλώσσα της Φυσικής λέγεται

«ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ»

και αυτή «δεν ζεσταίνει»

Ασκείται ανάμεσα σε δύο σώματα που

εκτός από το ότι αλληλοσυμπιέζονται

διατηρούνται ακίνητα, το ένα γαντζώνεται στο άλλο.

Χάρη σ΄ αυτή τη δύναμη μπορούμε και σκαρφαλώνουμε

Τι είναι

η ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ ;

Πότε εμφανίζεται ;

Ποιος είναι

ο ρόλος της ;

Για τη Φυσική

η ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ είναι ΔΥΝΑΜΗ

Εμφανίζεται στην επαφή δύο σωμάτων

τα οποία βρίσκονται σε σχετική ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

ενώ συγχρόνως αλληλοσυμπιέζονται

Περιγράφει το γεγονός ότι

τα δύο αντικείμενα ΓΑΝΤΖΩΝΟΝΤΑΙ

και εξαιτίας αυτού ακινητούν

Μερικοί λένε πως

η στατική τριβή

δεν είναι τριβή.

Τι εννοούν ;

Εννοούν ότι τα δύο σώματα

ΔΕΝ ΤΡΙΒΟΝΤΑΙ,

ούτε και θερμαίνονται

και πως το «στατική τριβή» δεν είναι παρά ένας όρος

τον οποίο χρησιμοποιεί η Φυσική για μία ΔΥΝΑΜΗ

που περιγράφει το «γάντζωμα» των δύο σωμάτων.

Το βαρύ κιβώτιο βρίσκεται στο τραπέζι και δεν το πειράζει κανείς

Οι δυνάμεις που ασκούνται στο κιβώτιο είναι

η βάρος και η κάθετη αντίδραση

Αν κάποιος θελήσει να μετακινήσει το κιβώτιο

ασκώντας μία μικρή οριζόντια δύναμη και αποτύχει

για να ερμηνεύσει το φαινόμενο ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ δέχεται

ότι το τραπέζι ασκεί στο κιβώτιο ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ Τ_σ

ίση κατά μέτρο με τη δύναμη F₁ και σε αντίθετη κατεύθυνση

Αν ο «κάποιος» επιμείνει με

μεγαλύτερη δύναμη F₂ και το κιβώτιο διατηρηθεί ακίνητο

αποδέχεται ότι το τραπέζι ασκεί στο κιβώτιο ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ

ίση κατά μέτρο με την F₂

Ναι αλλά αν συνεχίζει

να αυξάνει τηνοριζόντια δύναμη

θα έρθει κάποια στιγμή που το κιβώτιο θα μετακινηθεί.

Πώς το εξηγούμε;

Για να περιγράψουν την πειραματική εμπειρία έτσι ώστε να ισχύουν οι νόμοι,

οι φυσικοί αποδέχονται ότι η επιφάνεια του τραπεζιού

μπορεί να ασκεί στατική τριβή

και να συγκρατεί το κιβώτιο μέχρις ενός σημείου

Υπάρχει δηλαδή ένα ΜΕΓΙΣΤΟ στην τιμή της στατικής τριβής

που μπορεί να ασκεί η επιφάνεια του τραπεζιού

Και ποιο είναι

αυτό το μέγιστο ;

Οι μετρήσεις μάλιστα δείχνουν

ότι η ΜΕΓΙΣΤΗ ΑΥΤΗ ΤΙΜΗ είναι ίση

με το γινόμενο της κάθετης αντίδρασης επί ένα συντελεστή μσ.

ο οποίος λέγεται ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΣΤΑΤΙΚΗΣ ΤΡΙΒΗΣ

Τ_σ,max = μ_σΝ

Ποια είναι η ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ της ;

Υπάρχει κάποιος κανόνας

για να την προσδιορίζουμε ;

Η κατεύθυνσή της είναι ΕΤΣΙ

ΩΣΤΕ ΝΑ ΙΣΧΥΟΥΝ

ΟΙ ΝΟΜΟΙ

Ποιοι νόμοι ;

Οι νόμοι του φαινομένου

στο οποίο εμφανίζεται.

Και συνήθως το φαινόμενο

είναι ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Γιατί «συνήθως» ; Εφόσον πρόκειται για ΣΤΑΤΙΚΗ τριβή

το φαινόμενο θα είναι

οπωσδήποτε ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Η στατική τριβή εκδηλώνεται κατά τη «σχετική» ισορροπία.

Αν πάνω σε ένα φύλλο χαρτί βάλεις

ένα νόμισμα και το τραβήξεις όχι πολύ απότομα,

το χαρτί θα συμπαρασύρει το νόμισμα σε μια επιταχυνόμενη κίνηση

και η οριζόντια δύναμη που θα ασκείται στο χαρτί θα είναι η ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ

η οποία θα περιγράφει το «γάντζωμα»

και θα έχει την κατεύθυνση της επιτάχυνσης,

σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της κίνησης

Και η τιμή της στατικής τριβής

θα είναι ίση με το γινόμενο

«μάζα νομίσματος επί την επιτάχυνση»

Έτσι θα είναι. Γι αυτό και αν το τραβήξεις ΑΠΟΤΟΜΑ ,

η στατική τριβή δεν θα μπορέσει να ανταποκριθεί

γιατί θα πρέπει να ξεπεράσει το μέγιστο της τιμής της και αυτό απαγορεύεται.

Έτσι εξηγείται και το γιατί με το ΑΠΟΤΟΜΑ το νόμισμα δεν θα ακολουθήσει το χαρτί

Γι αυτό κι όταν τραβήξει κανείς ΑΠΟΤΟΜΑ

το τραπεζομάντηλο,

μπορεί

το ποτήρι

το πιάτο

και το κηροπήγιο

να μείνουν

στη θέση τους . .

Είναι αλήθεια ότι σε πολύ λίγες περιπτώσεις

μπορούμε, μια δύναμη,

να τη μετρήσουμε άμεσα με ΔΥΝΑΜΟΜΕΤΡΟ

Οι περισσότερες από τις μετρήσεις που κάνουμε στη Φυσική περιέχουν «πολλή Φυσική»,

Και δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι η Φυσική είναι ένα κοκτέιλ από

ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ, ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ, ΕΝΝΟΙΕΣ και ΝΟΜΟΥΣ

Συνήθως, για να μετρήσουμε

την τιμή μιας ποσοτικής ΕΝΝΟΙΑΣ,

επιλέγουμε κάποιο ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ,

επινοούμε κάποιο ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

το οποίο περιγράφεται με την έννοια αυτή

και εφαρμόζουμε τον σχετικό ΝΟΜΟ

Για να μετρήσουμε την τριβή ολίσθησης

ανάμεσα σε ένα ξύλινο αντικείμενο και στο τραπέζι

η ιδέα είναι να εκδηλωθεί το ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ευθύγραμμη ομαλή κίνηση και

να εφαρμόσουμε τον ΝΟΜΟ της αδράνειας

Αυτό θα οδηγήσει σε ισότητα δύο δυνάμεων από τις οποίες η μία θα είναι η ΤΡΙΒΗ T

ενώ η άλλη, η F₁, θα μπορεί να μετρηθεί με δυναμόμετρο Τ = F₁

Και τη

ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΡΙΒΗ

πώς θα τη μετρήσουμε;

Μια καλή λύση

είναι το ΤΡΙΒΟΜΕΤΡΟ

Και που θα βρούμε ένα τριβόμετρο ;

Στο σχολικό εργαστήριο

Βάζουμε το αντικείμενο πάνω στη σανίδα

και αρχίζουμε αργά να τη στρέφουμε

μέχρι τη στιγμή που το αντικείμενο θα αρχίσει να γλιστρά προς τα κάτω.

Προσδιορίζουμε τη γωνία θ που σχηματίζει εκείνη τη στιγμή

η επιφάνεια της σανίδας με το οριζόντιο επίπεδο

Εφαρμόζουμε τον νόμο της αδράνειας

και τη σχέση T_σmax = μ_σ Ν

Για να καταλήξουμε στη σχέση

μ_σ = εφθ

Με τη γωνία θ στην οποία αρχίζει η ολίσθηση

μπορούμε να υπολογίσουμε τον συντελεστή στατικής τριβής

καθώς και τη μέγιστη στατική τριβή

Μπορεί και ΠΕΡΠΑΤΑΕΙ

Πιέζει το έδαφος με το πόδι του

Το έδαφος

του ασκεί κάθετη δύναμη

και στατική τριβή

αρκεί να «γαντζωθεί» στιγμιαία το πόδι του

και να μη γλιστράει

Η στατική τριβή γίνεται κινητήρια δύναμη

και τον αρχικά ακίνητο άνθρωπο τον σπρώχνει

Ο άνθρωπος

μπορεί και ΠΕΡΠΑΤΑΕΙ

Το φαινόμενο ΟΜΑΛΗ ΚΥΚΛΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ